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| 編輯推薦： |
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本书充分汲取了编写团队多年的教学和实践经验及学生反馈，内容丰富，结构清晰，语言通俗易懂，旨在帮助读者在深入理解虚拟现实技术的基础上，掌握泛虚拟现实设计与研发技能，为学习和工作打下坚实基础。
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| 內容簡介： |
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虚拟现实凭借其多感知、沉浸感、交互性和构想性，已成为一种先进的“所见即所得”人机交互方式，并广泛应用于教育、医疗、娱乐等多个领域，展现出强大的应用潜力和价值。本书紧跟国家需求，以虚拟现实技术为核心，同时融合增强现实、混合现实等相关技术，全面系统地介绍了虚拟现实技术概述、系统构成、硬件设备、关键技术等九方面内容。 本书充分汲取了编写团队多年的教学和实践经验及学生反馈，内容丰富，结构清晰，语言通俗易懂，旨在帮助读者在深入理解虚拟现实技术的基础上，掌握泛虚拟现实设计与研发技能，为学习和工作打下坚实基础。本书可作为高等院校和高职院校相关专业课程的教材，为培养具备泛虚拟现实技术研发能力的实用性、复合型、国际化人才提供有力支持。
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| 關於作者： |
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高天寒，东北大学教授，博士生导师。研究方向为沉浸式智能计算、数字孪生、网络空间安全。东北大学软件学院数字媒体技术系系主任、交互式媒体与计算技术研究所所长、泛虚拟现实人才培养与技术创新中心主任、复杂网络系统安全保障技术工程研究中心副主任、国际化办学工作委员会委员。国家虚拟现实产业联盟专家顾问、CCF互联网专委、体系结构专委、密码学会高级会员、通信学会高级会员。曾获2013年度华为奖教金、2018年度江河奖教金及2014年度“东北大学优秀教师”和“软件学院星级教师”等称号。董傲霜，东北大学软件学院副教授。研究方向为虚拟现实技术和图像处理技术。开设了省级精品资源共享课程“数据结构”，主持两项横向课题，指导了多个大学生创新团队。2015年获得东北大学优秀大学生创新团队指导教师称号。王英博，东北大学讲师。研究方向为虚拟现实、动画和游戏领域。主讲多门与数字媒体、动画、虚拟现实相关的课程。曾在韩国娱乐公司YAGI担任导演动画师职位。曾荣获东北大学教学成果一等奖、“优秀班导师”和“优秀社团指导教师”称号。喻春阳，东北大学讲师，博士。研究方向为游戏和虚拟现实。主讲多门与数字媒体技术、游戏设计、虚拟现实相关的课程。段沛博，东北大学软件学院副教授，硕士研究生导师，IEEE会员。获得东北大学计算机博士学位、澳洲悉尼科技大学大数据与电子博士学位（全奖）。研究方向为强化学习、图神经网络、智能交通系统、金融科技等。曾担任香港科技大学全职研究员。承担多项省级纵向课题项目和横向课题。
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目 录前言第1章 虚拟现实技术概述 11.1 虚拟现实的发展 31.1.1 虚拟现实的起源与发展历史 31.1.2 虚拟现实的当下研究热点与产业生态 71.1.3 虚拟现实的技术瓶颈与未来发展趋势 81.2 虚拟现实的定义 111.2.1 虚拟现实的概念 121.2.2 虚拟现实的基本特征 121.2.3 虚拟现实系统的基本构成 121.3 虚拟现实的分类 131.3.1 桌面式虚拟现实系统 131.3.2 沉浸式虚拟现实系统 141.3.3 增强式虚拟现实系统 151.3.4 分布式虚拟现实系统 151.4 虚拟现实的应用领域 161.4.1 教育/培训领域 171.4.2 医疗领域 201.4.3 传媒/社交/娱乐领域 211.4.4 工业领域 251.4.5 农业领域 261.4.6 旅游领域 281.4.7 城市规划/房产领域 291.4.8 电商领域 311.4.9 军事领域 321.4.10 航空航天领域 331.5 本章小结 34参考文献 35思考题 38第2章 虚拟现实系统构成 392.1 虚拟环境 392.1.1 虚拟环境搭建软件 392.1.2 虚拟环境处理硬件 402.2 视觉系统 402.2.1 固定式VR显示器 402.2.2 CAVE立体显示装置 412.2.3 头戴式VR显示器 422.2.4 手持式VR显示器 422.2.5 视网膜投影设备 432.2.6 分时显示设备 432.2.7 全息投影设备 442.3 听觉系统 442.3.1 固定式音频设备 442.3.2 耳机式音频设备 452.3.3 三维立体声设备 462.4 反馈系统 472.4.1 触觉传感器 472.4.2 嗅觉传感器 482.4.3 味觉传感器 502.4.4 力觉传感器 512.5 跟踪系统 532.5.1 机械跟踪器 532.5.2 惯性跟踪器 532.5.3 光学跟踪器 542.5.4 电磁跟踪器 542.5.5 超声波跟踪器 552.6 交互系统 562.6.1 语言交互设备 562.6.2 动作交互设备 572.6.3 肌肉及神经交互设备 582.6.4 意念控制设备 582.7 本章小结 59参考文献 60思考题 62第3章 虚拟现实硬件设备 633.1 PC连接类设备 633.1.1 HTC Vive 633.1.2 Oculus Rift 653.1.3 Valve Index 663.1.4 Pimax 673.1.5 HUAWEI VR 眼镜 673.1.6 HP Reverb G2 Omnicept 673.1.7 arpara 5K VR 683.1.8 PlayStation VR 683.2 头戴式一体机 693.2.1 Oculus Quest 693.2.2 Vive Focus 693.2.3 HTC Vive Flow 703.2.4 Pico 703.2.5 NOLO Sonic 703.2.6 DP VR 713.2.7 MI VR 713.2.8 Skyworth VR 723.2.9 iQUT 723.2.10 arpara AIO VR 723.3 移动端眼镜 733.3.1 千幻魔镜 733.3.2 爱奇艺VR小阅悦 733.3.3 Google Cardboard 733.3.4 三星 Gear VR 743.3.5 UGP VR 743.3.6 小宅 VR 743.3.7 索尼 Xperia View 753.4 体感设备 753.4.1 体感器 753.4.2 三维鼠标 763.4.3 数据手套 763.4.4 数据衣 763.4.5 VR跑步机 773.4.6 VR手势识别设备 773.4.7 眼部追踪设备 783.5 本章小结 79参考文献 80思考题 81第4章 虚拟现实关键技术 824.1 虚拟环境建模技术 824.1.1 几何建模技术 834.1.2 纹理映射建模技术 854.1.3 物理建模技术 864.1.4 行为建模技术 884.2 实时场景生成与优化技术 884.2.1 真实感光照计算 894.2.2 基于几何的实时绘制技术 894.3 立体显示技术 904.3.1 立体视觉的形成原理 904.3.2 立体视觉的生成与再造 914.4 虚拟音效技术 924.4.1 虚拟声音形成的原理 934.4.2 虚拟声音的特征 934.4.3 语音识别技术 944.4.4 虚拟声音的合成 944.5 捕捉识别技术 944.5.1 面部表情识别技术 954.5.2 眼动识别技术 964.5.3 唇语识别技术 974.5.4 手势识别技术 984.5.5 体感反馈技术 994.6 跟踪定位技术 994.6.1 超声波跟踪定位技术 994.6.2 电磁式跟踪定位技术 1004.6.3 光学式跟踪定位技术 1004.6.4 无线射频识别技术 1014.6.5 其他定位技术 1024.7 新一代人机交互技术 1024.7.1 语义识别技术 1024.7.2 脑机接口技术 1034.7.3 用户建模技术 1044.7.4 心理分析技术 1054.8 数据传输技术 1064.8.1 5G通信技术 1064.8.2 蓝牙传输技术 1084.8.3 Wi-Fi传输技术 109参考文献 111思考题 112第5章 虚拟现实项目开发流程 1135.1 虚拟现实项目开发概述 1135.2 虚拟现实项目设计 1135.2.1 虚拟现实项目及系统类型 1135.2.2 流程设计及团队分工 1175.2.3 设计目标和原则 1205.3 虚拟现实项目开发 1225.3.1 项目开发流程 1225.3.2 开发团队角色 1235.3.3 虚拟现实内容制作方式 1265.3.4 交互功能开发 1275.3.5 项目开发的重难点问题 1275.4 虚拟现实项目测试 1285.4.1 测试标准 1285.4.2 基本要求 1285.4.3 测试方法 1305.5 开发建议 1335.6 本章小结 134参考文献 135思考题 136第6章 虚拟现实开发工具 1376.1 策划工具 1376.1.1 Axure RP与MockingBot 1376.1.2 MindMaster与XMind 1386.1.3 Machinations 1396.2 程序开发工具 1406.2.1 Visual Studio 1406.2.2 Xcode 1446.3 美术开发工具 1446.3.1 Photoshop与Illustrator 1446.3.2 Premiere与After Effects 1456.3.3 3ds Max与MAYA 1466.3.4 Substance Painter与SubstanceDesigner 1526.3.5 UVLayout与Unfold3D 1576.3.6 ZBrush 1586.3.7 Blender 1586.3.8 Houdini 1596.4 音乐及音效处理工具 1606.4.1 Audition 1606.4.2 Virtual DJ 160参考文献 162思考题 163第7章 虚拟现实开发平台 1647.1 Unity 3D 1647.1.1 Unity 3D的发展历史 1647.1.2 Unity 3D的核心功能概述 1657.1.3 Unity 3D的虚拟现实支持 1687.2 虚幻引擎 1697.2.1 虚幻引擎的发展历史 1697.2.2 虚幻引擎的核心功能概述 1707.2.3 虚幻引擎的虚拟现实支持 1767.3 CRYENGINE 1767.3.1 CRYENGINE的发展历史 1777.3.2 CRYENGINE的核心功能概述 1787.3.3 CRYENGINE的虚拟现实支持 178思考题 179第8章 虚拟现实技术扩展 1808.1 增强现实技术 1818.1.1 增强现实的定义 1818.1.2 增强现实与虚拟现实 1828.1.3 增强现实的应用领域 1848.2 混合现实技术 1898.2.1 混合现实的定义 1898.2.2 混合现实与虚拟现实 1908.2.3 混合现实的应用领域 1918.3 全息投影技术 1988.3.1 全息投影技术的定义 1988.3.2 全息投影技术的应用领域 1998.4 扩展现实技术 1998.4.1 扩展现实技术的定义 2008.4.2 扩展现实技术的应用领域 2008.5 本章小结 204参考文献 205思考题 207第9章 虚拟现实开发案例 2089.1 项目准备 2089.1.1 Unity 3D引擎 2089.1.2 外部硬件配置 2099.1.3 SteamVR插件的获取 2139.2 SteamVR插件的具体操作 2159.2.1 Skeleton 2159.2.2 SteamVR输入 2179.2.3 绑定UI 2189.2.4 使用动作 2199.3 交互系统 2209.3.1 玩家与移动 2209.3.2 简单物体交互 2229.3.3 特殊物体交互 2239.4 校史馆系统设计与实现案例 2269.4.1 系统分析 2269.4.2 系统设计 2269.4.3 系统实现 2319.5 本章小结 239参考文献 240思考题 241
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前 言虚拟现实（简称VR）技术是一种可以创建和让人体验虚拟世界的计算机仿真技术。它的目标是以计算机技术为核心，结合相关科学技术，生成在视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉等方面高度仿真的数字化环境。用户借助必要的设备与数字化环境中的对象进行交互，相互影响，产生亲临真实环境的感受和体验。虚拟现实独具多感知性、沉浸性、交互性及构想性，加之其高仿真特性，已成为一种“所见即所得”的人机交互技术。随着虚拟现实、增强现实、混合现实等泛虚拟现实技术的普及，虚拟现实技术已深入人们生产生活的各个方面，并广泛应用于教育/培训、医疗、传媒/社交/娱乐、工业、农业、旅游、城市规划/房产、电商、军事、航空航天等领域，从而完美发挥其核心优势，为相关行业的发展提供有效支持。虚拟现实作为用户感知的强大媒介，将带给用户前所未有的体验。尽管现阶段仍存在清晰度较低、计算性能较差、软件内容较局限与容易让人眩晕等问题，但随着硬件设备性能的快速提升及核心技术的不断突破，这些限制终将被克服，从而推动虚拟现实领域的又一次重大突破，进而掀起新一轮科技浪潮。本书积极响应国家号召，以虚拟现实技术为核心，辅以增强现实、混合现实等技术，进行全方位知识梳理。全书共分为九章，涵盖虚拟现实技术概述、系统构成、硬件设备、关键技术、项目开发流程、开发工具、开发平台、技术扩展、开发案例的相关内容，力求解决当下虚拟现实课程中缺乏交互性的问题。本书凝聚了编写团队多年的教学经验、项目实践及历届学生课堂反馈的宝贵意见，尽可能让读者在理解理论内容的基础上，掌握一定的泛虚拟现实设计与研发技术，为学习、工作巩固理论基础并积累实战经验。本书整体结构合理，概念讲解清晰，语言通俗易懂，实战案例丰富，图文并茂且对领域内专有名词进行了详细注释，易于读者理解。本书的开发案例兼具较高的实用性和趣味性，代码和流程均经过严格调试与校验，确保准确无误。本书可作为高等院校及高职院校相关专业课程讲解教材使用，为具备泛虚拟现实关键技术研发能力、从事专业技术及管理工作的实用性、复合型、国际化行业人才提供支持。本书由高天寒主编，董傲霜、王英博、喻春阳、段沛博、米庆巍、江欣蓓、周嵩、谷祖安等参与编著。在本书的编写过程中，参考了大量国内外前沿的文献资料，在此对文献作者做出的成绩和贡献致以崇高的敬意和由衷的感谢。由于本书为初次出版，书中难免存在疏漏和不当之处，敬请读者批评指正！编 者
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